CN109698388A - 一种多阴极片电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多阴极片电池，所述电池包括电池主体，所述电池主体的舱体内存储有电解液；设置在所述电池主体一端的阳极部件，所述阳极部件包括阳极棒；设置在所述电池主体另一端的第一阴极部件，所述第一阴极部件包括第一阴极片；以及设置在所述电池主体侧面的第二阴极部件，所述第二阴极部件包括第二阴极片；其中，当所述阳极棒与第一阴极片二者之间的距离小于距离阈值时，所述阳极棒、电解液及第一阴极片构成电池进行反应，以输出电能；当所述阳极棒与第一阴极片二者之间的距离大于距离阈值时，所述阳极棒、电解液及第二阴极片构成电池进行反应，以输出电能。

Description

一种多阴极片电池

技术领域

本发明涉及电池应用技术领域，尤其涉及一种多阴极片电池。

背景技术

目前，常用的供电电池包括碱性电池、锌锰电池、锂电池、镍氢电池、镍镉电池等。其中，碱性电池的容量一般为1235mAh(毫安时)，是锌锰电池的5～7倍；锂电池和碱性电池的容量相当，但如果按等体积计算锂电池比碱性电池容量大；镍氢电池的容量和锂电池的容量相当；镍氢电池的容量是镍镉电池的2～3倍。一般来讲，以上各类电池的容量只能够满足短时间使用，并且碱性电池是一次性的，而锂电池需外电源充电。

然而，作为储水或者电位保护的电源，如果外电路长时间断电，采用短寿命电池满足不了保护需求，特别需要能长时间工作的电池。另外，海岛或者大山区域内，没有外电源，通讯或警示照明电池需要长时间寿命，一般电池经常更换或者维护，成本太大。

因此，电池容量问题一直是电池行业无法突破的难题。

发明内容

本发明实施例为了克服现有电池容量不足的问题，创造性地提供一种多阴极片电池。

本发明提供一种多阴极片电池，所述电池包括：电池主体，所述电池主体的舱体内存储有电解液；设置在所述电池主体一端的阳极部件，所述阳极部件包括阳极棒；设置在所述电池主体另一端的第一阴极部件，所述第一阴极部件包括第一阴极片；以及设置在所述电池主体侧面的第二阴极部件，所述第二阴极部件包括第二阴极片；其中，当所述阳极棒与第一阴极片二者之间的距离小于距离阈值时，所述阳极棒、电解液及第一阴极片构成电池进行反应，以输出电能；当所述阳极棒与第一阴极片二者之间的距离大于距离阈值时，所述阳极棒、电解液及第二阴极片构成电池进行反应，以输出电能。

根据本发明一实施方式，所述阳极棒包括中心柱和贴附在中心柱表面的用于隔离电解液的密封部件，所述中心柱端面裸露在电解液中，以使所述中心柱端面、电解液及第一阴极片或第二阴极片构成电池。

根据本发明一实施方式，所述电池主体包括电池壳体和设置在所述电池壳体下端的用于储存电解液的储液槽；其中，在所述中心柱端面、电解液及第一阴极片构成电池进行反应的过程中，若所述中心柱端面反应超出密封部件，则所述密封部件相对所述中心柱端面的超出部分和反应产物脱落至所述储液槽腔体内，以使所述储液槽内的电解液上升，从而持续与所述中心柱端面及第一阴极片构成电池。

根据本发明一实施方式，所述电池壳体的上端开设有用于注入电解液的注液口，所述注液口上设置有疏水透气膜。

根据本发明一实施方式，所述第一阴极片或第二阴极片对应的阴极面积与中心柱端面对应的阳极面积二者之间的面积比的取值范围为0.5～2.0。

根据本发明一实施方式，所述第一阴极片或第二阴极片对应的阴极面积与中心柱端面对应的阳极面积二者之间的面积比的取值范围为0.8～1.3。

根据本发明一实施方式，所述第二阴极片为位于所述电池主体下端前侧面和/或后侧面的阴极片。

根据本发明一实施方式，所述阴极片包括催化活性层，憎水透气层及集流层。

根据本发明一实施方式，所述距离阈值的取值范围为2毫米至40毫米。

根据本发明一实施方式，所述距离阈值的取值范围为3毫米至8毫米。

本发明所涉及多阴极片电池，所述电池包括电池主体，所述电池主体的舱体内存储有电解液；设置在所述电池主体一端的阳极部件，所述阳极部件包括阳极棒；设置在所述电池主体另一端的第一阴极部件，所述第一阴极部件包括第一阴极片；以及设置在所述电池主体侧面的第二阴极部件，所述第二阴极部件包括第二阴极片；其中，当所述阳极棒与第一阴极片二者之间的距离小于距离阈值时，所述阳极棒、电解液及第一阴极片构成电池进行反应，以输出电能；当所述阳极棒与第一阴极片二者之间的距离大于距离阈值时，所述阳极棒、电解液及第二阴极片构成电池进行反应，以输出电能。如此，构成多阴极片带你吃的多片阴极片设置在电池主体的不同部位，使得在阳极消耗过程中，能够保证阳极棒与阴极片的充分接触，从而保证电池持续高性能输出。

进一步地，所述阳极棒包括中心柱和贴附在中心柱表面的用于隔离电解液的密封部件，所述中心柱端面裸露在电解液中，以使所述中心柱端面、电解液及第一阴极片或第二阴极片构成电池。这样，阳极反应是从端面开始，只有中心柱端面与电解液接触，阳极切片式反应，从而更好地保证电池能够持续的高性能输出。

需要理解的是，本发明的教导并不需要实现上面所述的全部有益效果，而是特定的技术方案可以实现特定的技术效果，并且本发明的其他实施方式还能够实现上面未提到的有益效果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本发明实施例多阴极片电池的组成结构示意图；

图2示出了本发明一应用实例多阴极片电池的具体组成结构示意图；

图3示出了本发明一应用实例阳极棒的组成结构示意图；

图4示出了现有单阴极片普通电池和本发明多阴极片电池的实体对比效果图；

图5示出了现有单阴极片普通电池的性能展示效果图；

图6示出了本发明多阴极片电池的性能展示效果图；

图7示出了本发明一应用示例中多阴极片电池在报警通信场景下的电路组成结构示意图；

图8示出了本发明一应用实例中多阴极片电池所在稳压电路的组成结构示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为使本发明更加透彻和完整，并能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

图1示出了本发明实施例多阴极片电池的组成结构示意图。参考图1，本发明实施例多阴极片电池包括电池主体11，设置在电池主体11一端的阳极部件12，设置在电池主体11另一端的第一阴极部件13，以及设置在电池主体侧面的第二阴极部件14。其中，电池主体11的舱体内存储有电解液，阳极部件12、第一阴极部件13和第二阴极部件14分别包括有阳极棒121、第一阴极片131和第二阴极片14。换言之，第二阴极部件即为第二阴极片。

在电池反应过程中，当阳极棒121与第一阴极片131二者之间的距离小于等于距离阈值时，阳极棒121、电解液及第一阴极片131构成电池，以进行化学反应将化学能转换为电能，从而输出电能；当阳极棒121与第一阴极片131二者之间的距离大于(即超出)距离阈值时，阳极棒121、电解液及第二阴极片131构成电池，以进行化学反应将化学能转换为电能，从而输出电能。

图2示出了本发明一应用实例多阴极片电池的具体组成结构示意图。参考图2，阳极部件12除了包括阳极棒121之外，还包括阳极接线端122和带内螺纹的阳极固定壳体123；电池主体11包括电池壳体111和设置在电池壳体111下端的用于储存电解液的储液槽112，在电池壳体111的上端开设有用于注入电解液的注液口，该注液口上设置有疏水透气膜113，还设置有具有中心孔的注液口端盖114；第一阴极部件13除了包括第一阴极片131之外，还包括具有中心孔的阴极端盖132和阴极接线端133。

这里，第二阴极片14可以为位于电池主体11下端前侧面和/或后侧面的阴极片，即可以仅包括位于电池主体11下端前侧面的阴极片，也可以仅包括位于电池主体11下端后侧面的阴极片，还可以包括位于电池主体11下端前侧面和后侧面的两片阴极片。阴极片可以包括催化活性层，憎水透气层及集流层等多个层组。

其中，阴极端盖132和电池壳体111阴极端螺纹连接，通过夹持在阴极端盖132和电池壳体111阴极端的第一阴极片131构成密封结构；第一阴极片131、第二阴极片14均与阴极接线端133连接，以输出电池的正极。注液口端盖114、疏水透气膜113和电池壳体111在注液口处螺纹连接，以构成注液口密封结构。阳极部件12通过阳极固定壳体123与电池壳体111的阳极端螺纹连接，以构成密封结构；阳极部件的阳极接线端122和阳极棒121连接，以输出电池的负极。

图3示出了本发明一应用实例阳极棒的组成结构示意图。参考图3，该阳极棒121包括中心柱1211和贴附在中心柱1211表面的用于隔离电解液的密封部件，该密封部件包括隔离膜1212和软体密封条1213。

结合图2和图3，该多阴极片电池的工作原理如下：首先从注液口端盖114的中心孔注入电解液，电解液储存在电池壳体111和储液槽112的腔体内。阳极棒121的中心柱1211的端面裸露在电解液中，而隔离膜1211和软体密封条1213共同构成密封部件用于将中心柱1211的外侧表面与电解液隔离，以防止电解液与中心柱1211除端面外的其他本体部位接触反应。这样，中心柱1211端面、电解液及第一阴极片131构成电池，从而输出电能。进一步的，当中心柱1211端面反应消耗后，当超出由隔离膜1211和软体密封条1213共同构成的密封时，密封部件相对中心柱1211端面的超出部分和反应产物脱落至储液槽112腔体内，以使储液槽112内的电解液上升，从而持续与中心柱1211端面及第一阴极片131构成电池，持续进行反应以输出电能。在输出电能的过程中，中心柱1211端面与第一阴极片131的距离不断增大，当中心柱1211端面与第一阴极片131的距离超出距离阈值时，第二阴极片14开始作用与电解液和中心柱1211端面反应，输出电能，以保证电池性能长时间满足负载需求。

图4示出了现有单阴极片普通电池和本发明多阴极片电池的实体对比效果图；图5和图6分别示出了现有单阴极片普通电池和本发明多阴极片电池的电池性能对比图。

这里，经大量实验得出，在多阴极片电池的工作过程中，距离阈值的取值范围可以为2mm(毫米)至40mm，最优可以选择在3mm至8mm。另外，可以利用阴极和阳极面积比来满足不同的负载对电流大小的需求。具体的，在实际设计多阴极片电池的过程中，根据负载电流大小，增加或者减少两侧阴极面积，以在最小阴极使用量的情况下满足不同负载需求。同样，经大量实验确定，第一阴极片或第二阴极片对应的阴极面积与中心柱端面对应的阳极面积比可以在0.5到2.0之间，最优可以选择在0.8到1.3。

基于上文对多阴极片电池的描述，下面进一步阐述其在多阴极片电池在金属管道或者储水金属体防腐装置中的应用。其中，参数设置包括如下：辅助阳极：100～200cm2/m2；保护电流：20mA/m2；保护电位：3.5V；功率需求：70mW；电量需求：70mW×24h×365.25day/year×8year＝4908.96Wh；电源输出：1.6V(OCV＝1.8V)，5mA/cm2(接近开路电压工作)，100.8mW；金属阳极：Φ＝4cm，L＝40.5cm；消耗水量：1.364L，预装1L，2年补充一次水；电池体积：3.14×5.5cm2÷4×43cm＝1.021L≈0.505L+0.511L＝1.016L；电池总工作年限为8年，2年加水维护一次即可。这里，辅助电极(即第二阴极片)置于管道或箱体(电池主体)内部，辅助电极通电后产生电场，使得水箱内表面因腐蚀产生的电子迁移得到抑制，起到防腐作用，管道或箱体内无需安装镁棒等牺牲阳极，避免了镁棒在防腐过程中产生水垢对水或者介质污染影响，同时免去人工维护；电池的应用使得防腐工作不依赖于市电，每2年维护只需要加水，提供持续防腐保护8年，腐蚀防护不间断电池相比具有显著的长寿命优势。

另外，图7示出了本发明一应用示例中多阴极片电池在报警通信场景下的电路组成结构示意图；图8示出了本发明一应用实例中多阴极片电池所在稳压电路的组成结构示意图。参考图7和图8，在海岛、大山灯塔照明或者通讯电源的应用中，现在普遍采用碱性电池，使用寿命短或者锂电池价格高；但是采用3W照明，直径40mm长度400mm的多阴极片电池可以使用一年半时间，而在10W通讯的过程中，能使用时间超过3个月之久，若电池性能下降后发出报警信号，以进行维护。

综上所述，本发明所涉及多阴极片电池，其中包括的多片阴极片设置在电池主体的不同部位，使得在阳极消耗过程中，能够保证阳极棒与阴极片的充分接触，从而保证电池持续高性能输出。

进一步地，阳极棒包括中心柱和贴附在中心柱表面的用于隔离电解液的密封部件，中心柱端面裸露在电解液中，以使中心柱端面、电解液及第一阴极片或第二阴极片构成电池。这样，阳极反应是从端面开始，只有中心柱端面与电解液接触，阳极切片式反应，使得在阳极消耗过程中，能同时保证中心柱与阴极片之间的距离保持在最佳工作距离，从而更好地保证电池能够持续的高性能输出。

而且，本发明多阴极片电池结构简单，安全又环保，成本低，阴极和阳极更换方便，阴极和阳极面积配比合理，可以小电流放电持续5年以上，特别是作为保护电源或者通讯照明电源，可以在长时间工作的状态下免维护。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多阴极片电池，其特征在于，所述电池包括：电池主体，所述电池主体的舱体内存储有电解液；设置在所述电池主体一端的阳极部件，所述阳极部件包括阳极棒；设置在所述电池主体另一端的第一阴极部件，所述第一阴极部件包括第一阴极片；以及设置在所述电池主体侧面的第二阴极部件，所述第二阴极部件包括第二阴极片；

其中，当所述阳极棒与第一阴极片二者之间的距离小于等于距离阈值时，所述阳极棒、电解液及第一阴极片构成电池；当所述阳极棒与第一阴极片二者之间的距离大于距离阈值时，所述阳极棒、电解液及第二阴极片构成电池。

2.根据权利要求1所述的多阴极片电池，其特征在于，所述阳极棒包括中心柱和贴附在中心柱表面的用于隔离电解液的密封部件，所述中心柱端面裸露在电解液中，以使所述中心柱端面、电解液及第一阴极片或第二阴极片构成电池。

3.根据权利要求2所述的多阴极片电池，其特征在于，所述电池主体包括电池壳体和设置在所述电池壳体下端的用于储存电解液的储液槽；

其中，在所述中心柱端面、电解液及第一阴极片构成电池进行反应的过程中，若所述中心柱端面反应超出密封部件，则所述密封部件相对所述中心柱端面的超出部分和反应产物脱落至所述储液槽腔体内，以使所述储液槽腔体内的电解液上升，从而持续与所述中心柱端面及第一阴极片构成电池。

4.根据权利要求3所述的多阴极片电池，其特征在于，所述电池壳体的上端开设有用于注入电解液的注液口，所述注液口上设置有疏水透气膜。

5.根据权利要求3所述的多阴极片电池，其特征在于，所述第一阴极片或第二阴极片对应的阴极面积与中心柱端面对应的阳极面积二者之间的面积比的取值范围为0.5～2.0。

6.根据权利要求5所述的多阴极片电池，其特征在于，所述第一阴极片或第二阴极片对应的阴极面积与中心柱端面对应的阳极面积二者之间的面积比的取值范围为0.8～1.3。

7.根据权利要求1至6任一项所述的多阴极片电池，其特征在于，所述第二阴极片为位于所述电池主体下端前侧面和/或后侧面的阴极片。

8.根据权利要求1至6任一项所述的多阴极片电池，其特征在于，所述阴极片包括催化活性层，憎水透气层及集流层。

9.根据权利要求1至6任一项所述的多阴极片电池，其特征在于，所述距离阈值的取值范围为2毫米至40毫米。

10.根据权利要求9所述的多阴极片电池，其特征在于，所述距离阈值的取值范围为3毫米至8毫米。